基礎(chǔ)工程邊坡穩(wěn)定分析

Slopestabilityanalysis山西吉縣特大山體滑坡四川丹巴特大泥石流香港山泥傾瀉事件(Landslides)過(guò)去50年間，山泥傾瀉導(dǎo)致超越470人死亡。在一九六六年七月和一九七二年六月發(fā)生的兩次暴雨中，分別有86人和148人在兩天的暴雨中因山泥傾瀉而喪生。一九九四年七月的一場(chǎng)暴雨，引致堅(jiān)尼地城觀龍樓一幅擋土墻倒塌，呵斥五人死亡，三人重傷及二千五百人需求疏散。一九九五年八月，劇烈熱帶風(fēng)暴海倫引發(fā)連場(chǎng)大雨，使本港廣泛地域出現(xiàn)山泥傾瀉，并呵斥三人喪生。一九九七年是香港截至當(dāng)年為止歷來(lái)最多雨的一年，全年共接獲548宗山泥傾瀉報(bào)告，暴雨又導(dǎo)致二人死亡。土坡引見(jiàn)天然土坡人工土坡由于地質(zhì)作用而自然構(gòu)成的土坡在天然土體中開(kāi)挖或填筑而成的土坡山坡、江河岸坡路基、堤壩坡底坡腳坡角坡頂坡高土坡穩(wěn)定分析問(wèn)題土坡穩(wěn)定概述(Introduction)土坡失穩(wěn)緣由(Reasons) 滑動(dòng)力添加–自重(selfweight)、外載 (load)、滲流(seepage) 抗滑力減小–土體抗剪強(qiáng)度(shear strength)降低土坡穩(wěn)定性分析目的(Objectives) 最危險(xiǎn)滑動(dòng)面–臨界滑動(dòng)面 (Criticalslipsurfaceorfailuresurface) 最小平安系數(shù) (Minimumfactorofsafety)主要內(nèi)容(Contents)無(wú)粘性土土坡穩(wěn)定分析粘性土土坡穩(wěn)定分析土坡穩(wěn)定分析中有關(guān)問(wèn)題＊

無(wú)粘性土坡穩(wěn)定分析一、普通情況下的無(wú)粘性土土坡TT均質(zhì)的無(wú)粘性土土坡，在枯燥或完全浸水條件下，土粒間無(wú)粘結(jié)力只需位于坡面上的土單元體可以堅(jiān)持穩(wěn)定，那么整個(gè)坡面就是穩(wěn)定的單元體穩(wěn)定T>T土坡整體穩(wěn)定NWWTTN穩(wěn)定條件：T>T砂土的內(nèi)摩擦角抗滑力與滑動(dòng)力的比值平安系數(shù)土體完全浸潤(rùn)在水中而無(wú)滲流時(shí)？二、有滲流作用時(shí)的無(wú)粘性土土坡分析穩(wěn)定條件：T>T+JWTTNJ順坡出流情況:/sat≈1/2，坡面有順坡滲流作用時(shí)，無(wú)粘性土土坡穩(wěn)定平安系數(shù)將近降低一半三、例題分析【例】均質(zhì)無(wú)粘性土土坡，其飽和重度sat=20.0kN/m3,內(nèi)摩擦角=30°,假設(shè)要求該土坡的穩(wěn)定平安系數(shù)為1.20，在干坡情況下以及坡面有順坡滲流時(shí)其坡角應(yīng)為多少度？WTTN干坡或完全浸水情況順坡出流情況滲流作用的土坡穩(wěn)定比無(wú)滲流作用的土坡穩(wěn)定，坡角要小得多WTTNJ部分浸水土坡粘性土坡的穩(wěn)定分析粘性土的抗剪強(qiáng)度包括摩擦強(qiáng)度和粘聚強(qiáng)度。粘性土坡不會(huì)像無(wú)粘性土坡一樣沿坡面外表滑動(dòng)。粘性土坡的穩(wěn)定分析方法包括：瑞典圓弧滑動(dòng)法，瑞典條分法，Bishop法，Janbu法，有限元法。一、瑞典圓弧滑動(dòng)法NfWROBd假定滑動(dòng)面為圓柱面，截面為圓弧，利用土體極限平衡條件下的受力情況：滑動(dòng)面上的最大抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之比飽和粘土，不排水剪條件下，u＝0，τf＝cuCA粘性土土坡滑動(dòng)前，坡頂經(jīng)常出現(xiàn)豎向裂痕CRdBAWfONAz0深度近似采用土壓力臨界深度裂痕的出現(xiàn)將使滑弧長(zhǎng)度由AC減小到AC，假設(shè)裂痕中積水，還要思索靜水壓力對(duì)土坡穩(wěn)定的不利影響Fs是恣意假定某個(gè)滑動(dòng)面的抗滑平安系數(shù)，實(shí)踐要求的是與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面相對(duì)應(yīng)的最小平安系數(shù)假定假設(shè)干滑動(dòng)面最小平安系數(shù)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心確實(shí)定β1β2ROβBA對(duì)于均質(zhì)粘性土土坡，其最危險(xiǎn)滑動(dòng)面經(jīng)過(guò)坡腳=0圓心位置由β1，β2確定OBβ1β2βAHE2H4.5HFs>0圓心位置在EO的延伸線上坡比坡角β1β21：0.563.4329.5401：14528371：226.5725351：518.432537土層1：土層2：容重均為19KN/m3，滑坡體總面積為46.9m2，計(jì)算該滑動(dòng)面的穩(wěn)定平安系數(shù)。O9.55m3.9m土層1土層2W例題O9.55m3.9m土層1土層2W二、條分法abcdiβiOCRABH對(duì)于外形復(fù)雜、>0的粘性土土坡，土體分層情況時(shí)，要確定滑動(dòng)土體的分量及其重心位置比較困難，而且抗剪強(qiáng)度的分布不同，普通采用條分法分析各土條對(duì)滑弧圓心的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩滑動(dòng)土體分為假設(shè)干垂直土條土坡穩(wěn)定平安系數(shù)∑abcdiβiOCRABH待定未知量：平衡方程：極限平衡方程：總計(jì)未知量為(5n-2)，可建立的方程為4n個(gè)，待求未知量與方程數(shù)之差為(n-2).處理途徑〔a〕把土看成變形體，進(jìn)展應(yīng)力應(yīng)變分析，參與土的本構(gòu)模型〔有限元法〕；〔b〕對(duì)條塊間作用力加以簡(jiǎn)化，以減少未知量或添加方程數(shù)。簡(jiǎn)化類(lèi)型不思索條塊間的作用力或僅思索其中的一個(gè)〔瑞典條分法和簡(jiǎn)化Bishop法〕假定條間力的作用方向或規(guī)定Pi和Hi的比值。假定條間力的作用位置，即規(guī)定hi的大小〔Janbu法〕。穩(wěn)定分析方法瑞典條分法畢肖甫法(Bishop法)普遍條分法(Janbu法)邊坡穩(wěn)定分析圖解法有限元法瑞典條分法假定破壞面是一個(gè)圓弧面，條塊兩側(cè)的法向作用力大小相等，方向相反，作用在一條直線上；切向作用力可以忽略。極限平衡條件徑向力平衡條件Note：重力產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩抗滑力產(chǎn)生的抗滑力矩由整膂力矩平衡滿(mǎn)足力矩平衡條件，不滿(mǎn)足靜力平衡條件，得到的平安系數(shù)偏低，偏于平安Bishop法(1955)條塊處于靜力平衡條件條塊豎向力的平衡條件：整膂力矩平衡條塊極限平衡條件(1)(2)由〔1〕和〔2〕：Note：unkown簡(jiǎn)化Bishop法假設(shè)：采用迭代計(jì)算〔如先假定Fs=1.0)簡(jiǎn)化Bishop法小結(jié)滿(mǎn)足整膂力矩平衡條件滿(mǎn)足各條塊力的多邊形閉合條件，但不滿(mǎn)足條塊的力矩平衡條件。假設(shè)條塊間的作用力只需法向力沒(méi)有切向力滿(mǎn)足極限平衡條件精度較高，工程中常用Janbu法〔普遍條分法〕假定條塊間程度作用力的位置〔分條下三分點(diǎn)位置〕。每個(gè)條塊滿(mǎn)足全部靜力平衡條件和極限平衡條件?；瑒?dòng)土體的整膂力矩平衡條件也滿(mǎn)足。適用于任何滑動(dòng)面。消去Ni，得極限平衡條件例題瑞典條分法Bishop法土坡的穩(wěn)定性相關(guān)要素：抗剪強(qiáng)度目的c和、重度、土坡的尺寸坡角坡高H泰勒〔Taylor,D.W，1937〕用圖表表達(dá)影響要素的相互關(guān)系根據(jù)不同的繪出與N的關(guān)系曲線邊坡穩(wěn)定分析圖解法穩(wěn)定數(shù)：泰勒?qǐng)D表法適宜處理簡(jiǎn)單土坡穩(wěn)定分析的問(wèn)題：①知坡角及土的目的c、、，求穩(wěn)定的坡高H②知坡高H及土的目的c、、，求穩(wěn)定的坡角③知坡角、坡高H及土的目的c、、，求穩(wěn)定平安系數(shù)折線滑動(dòng)法123為第i計(jì)算條塊剩余下滑力向第i+1計(jì)算條塊的傳送系數(shù)有限元法把土體看成變形體，計(jì)算土坡內(nèi)的應(yīng)力分布，然后再引入圓弧滑動(dòng)面的概念，驗(yàn)算滑動(dòng)土體的整體抗滑穩(wěn)定性。土坡穩(wěn)定分析中有關(guān)問(wèn)題＊一、挖方邊坡與天然邊坡天然地層的土質(zhì)與構(gòu)造比較復(fù)雜，這些土坡與人工填筑土坡相比，性質(zhì)上所不同。對(duì)于正常固結(jié)及超固結(jié)粘土土坡，按上述的穩(wěn)定分析方法，得到平安系數(shù)，比較符合實(shí)測(cè)結(jié)果。但對(duì)于超固結(jié)裂隙粘土土坡，采用與上述一樣的分析方法，會(huì)得出不正確的結(jié)果二、關(guān)于瑞典圓弧滑動(dòng)條分法計(jì)算中引入的計(jì)算假定：滑動(dòng)面為圓弧不思索條間力作用平安系數(shù)用滑裂面上全部抗滑力矩與滑動(dòng)力矩之比來(lái)定義三、土的抗剪強(qiáng)度目的值的選用土的抗剪強(qiáng)度目的值選用應(yīng)合理：目的值過(guò)高，有發(fā)生滑坡的能夠目的值過(guò)低，沒(méi)有充分發(fā)揚(yáng)土的強(qiáng)度，就工程而言，不經(jīng)濟(jì)實(shí)踐工程中，應(yīng)結(jié)合邊坡的實(shí)踐加荷情況，填料的性質(zhì)和排水條件等，合理的選用土的抗剪強(qiáng)度目的。假設(shè)能準(zhǔn)確知道土中孔隙水壓力分布，采用有效應(yīng)力法比較合理。重要的工程應(yīng)采用有效強(qiáng)度目的進(jìn)展核算。對(duì)于控制土坡穩(wěn)定的各個(gè)時(shí)期，應(yīng)分別采用不同實(shí)驗(yàn)方法的強(qiáng)度目的四、平安系數(shù)的選用影響平安系數(shù)的要素很多，如抗剪強(qiáng)度目的的選用，計(jì)算方法和計(jì)算條件的選擇等。工程等級(jí)愈高，所需求的平安系數(shù)愈大。目前，對(duì)于土坡穩(wěn)定的平安系數(shù)，各個(gè)部門(mén)有不同的規(guī)定。同一邊坡穩(wěn)定分析，選用不同的實(shí)驗(yàn)方法、不同的穩(wěn)定分析方法，會(huì)得到不同的平安系數(shù)。根據(jù)結(jié)果綜合分析平安系數(shù)，得到比較可靠的結(jié)論五、地震邊坡穩(wěn)定分析地震對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響有兩種作用：一是在邊坡土體上附加作用一個(gè)隨時(shí)間變化的加速度，因此產(chǎn)生隨時(shí)間變化的慣性力，促使邊坡滑動(dòng)；另一種作用是振動(dòng)使土體趨于變密，引起孔隙水壓力上升，從而減小土的抗剪強(qiáng)度。對(duì)于密實(shí)的粘性土，慣性力是主要的作用；對(duì)于飽和、松散的無(wú)粘性土和低塑性粘土，那么第二種作用的影響更大。Homework